/中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院物流中心

隨著我國(guó)航天和軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,航天型號(hào)數(shù)量不斷增多,同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈,這就要求型號(hào)的研制周期短,對(duì)物資的要求是成本低、質(zhì)量高、供應(yīng)周期短。為了縮短供應(yīng)周期,必須改變按型號(hào)制定元器件選用的管理模式,實(shí)現(xiàn)物資的多定點(diǎn)供應(yīng)模式,在物資選用上實(shí)現(xiàn)無(wú)差異選用。目前,從整機(jī)到基礎(chǔ)物資開(kāi)展了大量產(chǎn)品化工作,產(chǎn)品化是把一種產(chǎn)品或技術(shù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的流程形成一種可大規(guī)模復(fù)制生產(chǎn)的能力,主要體現(xiàn)的是一種能力或技術(shù)的復(fù)用性和通用性。

一、存在的問(wèn)題

為實(shí)現(xiàn)通用、關(guān)鍵元器件的產(chǎn)品化,需建立各門類元器件的采購(gòu)規(guī)范體系,逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化元器件的多定點(diǎn)供應(yīng)。然而,在元器件多定點(diǎn)供應(yīng)中,必將涉及不同研制單位的元器件在應(yīng)用中相互替代,目前常用元器件在替代過(guò)程中存在以下問(wèn)題。

1.規(guī)范制定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

首先,相同產(chǎn)品的質(zhì)量管控不一致。隨著航天型號(hào)對(duì)元器件需求量的增加,同一型號(hào)元器件往往有多個(gè)供應(yīng)商,但不同研制單位對(duì)元器件的工藝、檢驗(yàn)的控制尺度不同,即使同一種產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)、參數(shù)上也可能存在較大差異。同時(shí),在制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí),某些考核要求也會(huì)因?yàn)橛脩舻男枨?、研制單位的試?yàn)?zāi)芰?、產(chǎn)品特性等不同而不同,如GJB 360中明確絕緣電阻測(cè)試試驗(yàn)中的試驗(yàn)電壓,部分研制單位為了減少產(chǎn)品的淘汰率在標(biāo)準(zhǔn)中降低試驗(yàn)條件,給產(chǎn)品的應(yīng)用帶來(lái)隱患。

其次,相同產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不同。航天型號(hào)用元器件的編制依據(jù)通常為國(guó)軍標(biāo)總規(guī)范,目前有部分產(chǎn)品適用于多個(gè)總規(guī)范,因此產(chǎn)品的參數(shù)指標(biāo)體系不同,屬于不同門類產(chǎn)品。由于根據(jù)不同的總規(guī)范,產(chǎn)品的過(guò)程控制和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不同,即使同一質(zhì)量等級(jí)產(chǎn)品的可靠性也會(huì)有差異,如作為濾波器使用的某穿心電容器,本質(zhì)上是電容器,電容器研制單位通常依據(jù)GJB 924(二類瓷介電容器總規(guī)范),其它研制單位通常依據(jù)GJB 1518(射頻干擾濾波器總規(guī)范),2種產(chǎn)品的參數(shù)體系不同,考核試驗(yàn)也不同,所以即使是相同的產(chǎn)品,也不能保證所有情況下都可按同一方法使用,會(huì)對(duì)產(chǎn)品的選用造成困難。

2.同型號(hào)元器件的指標(biāo)存在差異

目前國(guó)內(nèi)即使相同型號(hào)的元器件,不同研制單位的產(chǎn)品在參數(shù)指標(biāo)上也可能不同,一方面由于元器件標(biāo)準(zhǔn)的制定尺度不同,另一方面由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝及能力不同。若整機(jī)系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)冗余度不足,相同產(chǎn)品的關(guān)鍵指標(biāo)又存在差異,在元器件相互替換后會(huì)造成系統(tǒng)不匹配,如產(chǎn)品的延遲時(shí)間超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)值,將造成系統(tǒng)動(dòng)作延遲或混亂。

3.不同研制單位的產(chǎn)品無(wú)法相互替代

隨著元器件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的推進(jìn),越來(lái)越多的國(guó)產(chǎn)元器件可替代進(jìn)口產(chǎn)品,但由于不同研制單位的元器件設(shè)計(jì)、制造水平不同,在參數(shù)和外形結(jié)構(gòu)方面會(huì)存在差異,使設(shè)計(jì)選用只能固定于某一款產(chǎn)品,即指定研制單位的固定型號(hào)規(guī)格,若此元器件出現(xiàn)供應(yīng)或質(zhì)量問(wèn)題,則無(wú)法用其它研制單位的產(chǎn)品替換。

因此,為解決通用元器件在相互替代過(guò)程中產(chǎn)生的一系列問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn),需建立基于無(wú)差異選用的通用元器件技術(shù)準(zhǔn)則,為提升質(zhì)量保證的技術(shù)能力、全面推進(jìn)元器件無(wú)差異化選用提供基礎(chǔ)保障。

二、技術(shù)準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)體系

航天型號(hào)對(duì)元器件需求多樣,必須同時(shí)滿足電特性、可靠性、空間環(huán)境適應(yīng)性等多方面要求,建立元器件技術(shù)準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)體系。為保證元器件的固有可靠性和使用可靠性,評(píng)價(jià)包括元器件層面和整機(jī)應(yīng)用層面,以確定元器件在各方面的一致性,保證元器件在多定點(diǎn)供應(yīng)中實(shí)現(xiàn)無(wú)差異選用。

1.元器件級(jí)技術(shù)準(zhǔn)則評(píng)價(jià)

一是標(biāo)準(zhǔn)符合性評(píng)價(jià)。

元器件的標(biāo)準(zhǔn)符合性評(píng)價(jià)主要是針對(duì)元器件技術(shù)要求、質(zhì)量保證條件,以確保元器件能夠滿足其設(shè)計(jì)要求并符合相關(guān)通用規(guī)范的要求。元器件的標(biāo)準(zhǔn)符合性評(píng)價(jià)主要分為國(guó)軍標(biāo)產(chǎn)品和非國(guó)軍標(biāo)產(chǎn)品評(píng)價(jià)2類。

國(guó)軍標(biāo)產(chǎn)品是為保證軍用電子元器件的質(zhì)量,按國(guó)家一系列元器件軍用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),并經(jīng)第三方認(rèn)證合格,列入合格產(chǎn)品目錄(QPL)的產(chǎn)品。國(guó)軍標(biāo)產(chǎn)品的性能要求、過(guò)程控制和質(zhì)量保證已經(jīng)過(guò)國(guó)家第三方機(jī)構(gòu)認(rèn)證,此類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)符合性評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是針對(duì)元器件功能技術(shù)狀態(tài)的符合性和一致性。

非國(guó)軍標(biāo)產(chǎn)品是為滿足軍工行業(yè)需求,按元器件軍用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),但未經(jīng)第三方認(rèn)證。此類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)會(huì)因生產(chǎn)、控制水平的差異而不同,需重點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)符合性評(píng)價(jià),重點(diǎn)評(píng)價(jià)產(chǎn)品功能技術(shù)狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)文件、功能基線、產(chǎn)品基線等的符合性和一致性。

二是功能與性能互換性評(píng)價(jià)。

功能與性能評(píng)價(jià)主要是針對(duì)應(yīng)用要求,評(píng)價(jià)元器件的功能與參數(shù)是否滿足要求,評(píng)價(jià)內(nèi)容包括元器件功能的符合性、參數(shù)體系的一致性和性能指標(biāo)的一致性。評(píng)價(jià)主要以試驗(yàn)方式進(jìn)行,試驗(yàn)方法以GJB 548B-2005、GJB128A-1997、GJB 360B-2009為基礎(chǔ),參考國(guó)內(nèi)外行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),測(cè)試指標(biāo)判據(jù)按照元器件詳細(xì)規(guī)范執(zhí)行。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括元器件結(jié)構(gòu)和外形尺寸(封裝結(jié)構(gòu)、引線材料與涂層、重量、外形尺寸等)、電特性(額定值和主要電特性)、靜電放電敏感等級(jí)、抗輻射指標(biāo)(電離總劑量指標(biāo)、單粒子翻轉(zhuǎn)指標(biāo)等)。

三是可靠性符合性評(píng)價(jià)。

為使元器件達(dá)到無(wú)差異選用,除了要求質(zhì)量保證水平、功能、性能指標(biāo)的一致,在可靠性方面也應(yīng)滿足一個(gè)最低限度,即元器件的可靠性余量至少達(dá)到一定水平?？煽啃栽u(píng)價(jià)主要包括航天禁限用工藝及工藝質(zhì)量要求的符合性、元器件設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)的符合性、元器件極限能力的符合性。

禁限用工藝及工藝質(zhì)量符合性。即使元器件的功能性能滿足要求,但不同研制單位產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝控制水平不同,這些決定了元器件的固有可靠性,航天元器件不同于其它領(lǐng)域的應(yīng)用,民用領(lǐng)域的常見(jiàn)工藝在航天領(lǐng)域可能產(chǎn)生極大的風(fēng)險(xiǎn)。規(guī)定一系列航天工藝要求及標(biāo)準(zhǔn)可有效減少風(fēng)險(xiǎn),如禁止使用純銀、純錫等金屬材料,元器件內(nèi)部使用干燥劑材料,不允許鍵合點(diǎn)采用導(dǎo)電膠加固等。

結(jié)構(gòu)單元符合性。航天型號(hào)由于有高可靠、長(zhǎng)貯存的要求,決定了一些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足航天高可靠的要求,對(duì)元器件進(jìn)行結(jié)構(gòu)單元分解,每個(gè)結(jié)構(gòu)單元為組成產(chǎn)品的最小單元,對(duì)結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計(jì)、材料等進(jìn)行評(píng)估,以發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn),如云母電容器禁止采用卡子結(jié)構(gòu)、禁止使用倒裝芯片封裝結(jié)構(gòu)、禁止使用無(wú)鈍化層的有源芯片等。

極限能力符合性。元器件極限是在規(guī)定的應(yīng)力條件下能滿足要求的臨界應(yīng)力值,元器件雖然性能指標(biāo)滿足要求,但在一些特殊情況下,應(yīng)用中會(huì)超過(guò)元器件的參數(shù)指標(biāo)范圍,若可靠性余量較小則會(huì)影響系統(tǒng)性能。一些元器件缺乏航天型號(hào)應(yīng)用經(jīng)歷,通過(guò)開(kāi)展極限評(píng)估可提供關(guān)鍵性能指標(biāo)的極限值,以有效指導(dǎo)產(chǎn)品的改進(jìn)和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

極限能力評(píng)價(jià)采用試驗(yàn)方式,一般采用步進(jìn)應(yīng)力和持續(xù)應(yīng)力的方法,獲取元器件在力、熱、電等應(yīng)力條件下的極限值以及相關(guān)失效模式和失效機(jī)理,得出是否滿足應(yīng)用條件的結(jié)論,試驗(yàn)項(xiàng)目一般包括電特性(額定電壓、輸入電壓、ESD等)極限、熱學(xué)(溫度沖擊、耐焊接熱、高溫工作等)極限、力學(xué)(沖擊、振動(dòng)、引線拉力等)極限。

2.應(yīng)用級(jí)技術(shù)準(zhǔn)則評(píng)價(jià)

一是容差適應(yīng)性評(píng)價(jià)。

容差適應(yīng)性主要考慮系統(tǒng)的電氣功能適應(yīng)性,表現(xiàn)為元器件電參數(shù)與系統(tǒng)電性能之間的兼容性和匹配性,即系統(tǒng)中電性能的差異不會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響。容差適應(yīng)性評(píng)價(jià)需基于航天型號(hào)應(yīng)用需求,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)對(duì)不同元器件在同一系統(tǒng)中各項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)的差異進(jìn)行評(píng)價(jià),以保證此差異不會(huì)影響系統(tǒng)性能。

容差適應(yīng)性評(píng)價(jià)通常以實(shí)際應(yīng)用電路為基礎(chǔ),按功能性能全覆蓋的設(shè)計(jì)原則開(kāi)展設(shè)計(jì)工作,主要包括驗(yàn)證電路、信號(hào)輸入電路、信號(hào)輸出電路、電源電路和驗(yàn)證控制電路5個(gè)部分,借助示波器、萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器、高低溫試驗(yàn)箱等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)器件在不同環(huán)境條件下各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試。測(cè)試參數(shù)根據(jù)不同種類的器件而異,數(shù)字電路主要為器件的工作頻率、工作時(shí)序、應(yīng)用方式、接口電平、驅(qū)動(dòng)能力、內(nèi)部資源、信號(hào)完整性、軟硬件兼容性、拉偏特性等;模擬電路主要為器件的主要功能指標(biāo)、帶寬、干擾抑制、信號(hào)特性、精度以及與接口電路的匹配性等。

二是安裝狀態(tài)互換性評(píng)價(jià)。

不同元器件雖滿足同一規(guī)范的要求,但在產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)、材料選擇上可能會(huì)有一定差異,此差異在安裝后可能被放大,使無(wú)差異選用產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。安裝狀態(tài)互換主要指在使用相同電裝工藝裝聯(lián)后,不同產(chǎn)品對(duì)裝聯(lián)工藝、熱學(xué)及力學(xué)環(huán)境的適應(yīng)性。

電裝工藝評(píng)價(jià)主要考慮工藝要求的一致性以及裝聯(lián)后的可靠性,在裝聯(lián)前后以及裝聯(lián)過(guò)程中需對(duì)關(guān)鍵細(xì)節(jié)進(jìn)行檢查,判斷元器件是否滿足航天安裝工藝要求。國(guó)產(chǎn)元器件在型號(hào)生產(chǎn)過(guò)程中一般采用常規(guī)工藝方法進(jìn)行裝聯(lián),主要包括電子裝聯(lián)(成形、搪錫、手工焊接/再流焊)、清洗、三防、固封等工藝過(guò)程,元器件完成工藝裝聯(lián)后,應(yīng)參考裝聯(lián)工藝可靠性評(píng)價(jià)要求進(jìn)行評(píng)估和檢驗(yàn)分析,必要時(shí)可對(duì)元器件通電進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)。元器件裝聯(lián)工藝評(píng)價(jià)包括裝聯(lián)工藝、試驗(yàn)考核、檢驗(yàn)分析、驗(yàn)證后的失效判斷和綜合分析等過(guò)程,以確定元器件對(duì)航天裝聯(lián)工藝的適應(yīng)性。

熱學(xué)匹配評(píng)價(jià)主要針對(duì)不同元器件在實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)下對(duì)外界熱應(yīng)力的適應(yīng)性程度進(jìn)行評(píng)價(jià),主要包括高低溫應(yīng)力、溫度沖擊應(yīng)力、濕熱應(yīng)力、熱真空等條件下的穩(wěn)定性、參數(shù)差異一致性以及熱環(huán)境適應(yīng)性。

圖1 技術(shù)準(zhǔn)則評(píng)價(jià)體系

熱學(xué)匹配一致性包括2個(gè)方面:一方面是元器件工作時(shí)的電參數(shù)差異;另一方面是元器件安裝狀態(tài)對(duì)熱環(huán)境的適應(yīng)能力。不同元器件的接口匹配參數(shù)存在差異,在熱環(huán)境下參數(shù)的差異會(huì)被放大,通過(guò)評(píng)價(jià)元器件在級(jí)聯(lián)性能指標(biāo)、與周圍器件的匹配性以及與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)余量對(duì)比,確定元器件是否可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)。元器件的熱環(huán)境適應(yīng)能力評(píng)價(jià)是驗(yàn)證在不加電工作情況下,安裝狀態(tài)對(duì)不同熱環(huán)境下的一致性。由于不同產(chǎn)品在尺寸、材料上的微小差異,在外界環(huán)境作用下會(huì)因材料熱脹冷縮而放大差異,導(dǎo)致不同產(chǎn)品的熱匹配能力不同,因此需對(duì)熱匹配能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

不同研制單位的元器件由于尺寸設(shè)計(jì)、材料上的差異,在使用相同工藝和方式安裝后,由于尺寸、鍍層成分的不同,導(dǎo)致元器件與印制板間的焊點(diǎn)成分和形狀不同,這會(huì)使焊點(diǎn)的可靠性和焊料的抗蠕變疲勞特性存在差異,此差異需在系統(tǒng)力學(xué)設(shè)計(jì)范圍內(nèi),才能保證不同產(chǎn)品在相同力學(xué)狀態(tài)下的一致性。因此,需開(kāi)展力學(xué)匹配性的評(píng)價(jià),以保證不同元器件在裝聯(lián)后可靠性的一致,試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括恒加速度試驗(yàn)、正弦振動(dòng)試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、機(jī)械性疲勞試驗(yàn)等。

3.技術(shù)準(zhǔn)則評(píng)價(jià)體系

基于多定點(diǎn)供應(yīng)模式中元器件無(wú)差異選用評(píng)價(jià)與傳統(tǒng)的元器件鑒定檢驗(yàn)和應(yīng)用驗(yàn)證不同,由于評(píng)價(jià)涉及到元器件在整機(jī)的應(yīng)用環(huán)境,除對(duì)元器件的材料、工藝、結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià),還需針對(duì)典型應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)匹配性評(píng)價(jià),包括電、熱、力等應(yīng)力的綜合評(píng)價(jià)。技術(shù)準(zhǔn)則評(píng)價(jià)體系如圖1所示。

三、實(shí)踐效果

基于多定點(diǎn)供應(yīng)的無(wú)差異選用元器件技術(shù)準(zhǔn)則,目前已經(jīng)建立了片式瓷介電容器、片式電阻器、總線變壓器等多項(xiàng)通用元器件的采購(gòu)規(guī)范體系,編制相關(guān)采購(gòu)規(guī)范并納入選用目錄管理。片式電容器采購(gòu)規(guī)范包括6個(gè)尺寸、200余項(xiàng)規(guī)格,可由3個(gè)供應(yīng)商供貨;片式電阻器采購(gòu)規(guī)范包括6個(gè)尺寸、399余項(xiàng)規(guī)格,可由3個(gè)供應(yīng)商供貨;總線變壓器采購(gòu)規(guī)范包括6個(gè)型號(hào)規(guī)格,可由3個(gè)供應(yīng)商供貨,基本消除了型號(hào)選用產(chǎn)品規(guī)格多而復(fù)雜的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了多定點(diǎn)供應(yīng)。

筆者分析了元器件多定點(diǎn)供應(yīng)中無(wú)差異選用存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn),建立了基于多定點(diǎn)供應(yīng)的無(wú)差異選用元器件技術(shù)準(zhǔn)則,從標(biāo)準(zhǔn)符合性、功能性能互換性、可靠性符合性、電氣互換性、環(huán)境互換性幾個(gè)方面給出了評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,該研究的技術(shù)準(zhǔn)則是基于通用元器件產(chǎn)品,對(duì)部分復(fù)雜產(chǎn)品并不適用,下一階段可在此基礎(chǔ)上完善元器件評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,為全面推進(jìn)元器件多定點(diǎn)供應(yīng)提供基礎(chǔ)保障。